Schulinternes Curriculum Physik SI und SII - Immanuel
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IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Sekundarstufe I Die nachfolgende Tabelle ordnet den Inhaltsfeldern die jeweiligen fachlichen Kontexte und von den Schülern zu erwerbenden konzept- und prozessbezogenen Kompetenzen zu. Zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit wurden die prozessbezogenen Kompetenzen durchnummeriert. Die entsprechende Legende findet sich sofort im Anschluss an die Tabelle. Die Kontextbausteine wurden ausgewählt, um die folgenden Ziele in angemessener Weise zu erreichen: - Üben der Fachmethoden, - Ermöglichen von fachübergreifendem Arbeiten, - Lernen in Kontexten, - Planung und Durchführung von Experimenten, - Erarbeitung physikalischer Begriffe, - Formulierung physikalischer Gesetze, - Anwendung physikalischer Gesetze, - Erziehung zu umweltbewusstem Verhalten, - Geschlechterspezifische Förderung der Schüler/Innen. Seite 1 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Jahrgangsstufe 6 Inhaltsfelder Elektrizität Sicherer Umgang mit Elektrizität, Stromkreise, Leiter und Isolatoren, UND-, ODER- und Wechselschaltung, Wärmewirkung des elektrischen Stroms, Kurzschluss, Sicherung (8 Unterrichtswochen) Magnetismus Permanentmagnete, Erdmagnetfeld, Elektromagnet (4 Unterrichtswochen) Temperatur und Energie Thermometer, Temperaturmessung, Volumen- und Längenänderung bei Erwärmung und Abkühlung, Aggregatzustände (Teilchenmodell), Energiefluss zwischen Körpern verschiedener Temperatur, Einführung der Energie und des Energietransportes, Sonnenstand (8 Unterrichtswochen) Das Licht Licht und Sehen, Lichtquellen und Lichtempfänger, geradlinige Ausbreitung des Lichts, Schatten, Mondphasen, Sonnensystem/ Finsternisse, Reflexion, Spiegel (8 Unterrichtswochen) Der Schall Schallquellen und Schallempfänger, Schallausbreitung, Tonhöhe und Lautstärke (4 Unterrichtswochen) Fachliche Kontexte Konzeptbezogene Kompetenzen Elektrizität im Alltag Schülerinnen und Schüler experimentieren mit einfachen Stromkreisen Was der Strom alles kann (Geräte im Alltag) Schülerinnen und Schüler untersuchen ihre eigene Fahrradbeleuchtung Messgeräte erweitern die Wahrnehmung Magnetismus im Alltag Der Kompass als Navigationshilfe Anwendungen von Elektromagneten Ein warmes Zuhause Was sich mit der Temperatur alles ändert Leben bei verschiedenen Temperaturen Die Sonne - unsere wichtigste Energiequelle geeignete Maßnahmen für den sicheren Umgang mit elektrischem Strom beschreiben; Gefahren für die Gesundheit, Verhalten bei Gewitter an Beispielen erklären, dass das Funktionieren von Elektrogeräten einen geschlossenen Stromkreis voraussetzt. einfache elektrische Schaltungen planen und aufbauen. an Beispielen aus dem Alltag verschiedene Wirkungen des elektrischen Stromes nennen und untersuchen. Sehen * Sicher im Straßenverkehr Augen und Ohren auf! * Sonnen- und Mondfinsternis * Scheinwerfer im Nebel * Fotografieren mit der Lochkamera Bildentstehung und Schattenbildung sowie Reflexion mit der geradlinigen Ausbreitung des Lichts erklären. Hören Sicherheit im Straßenverkehr Schwerhörigkeit Physik und Musik Grundgrößen der Akustik nennen. Auswirkungen von Schall auf Menschen im Alltag erläutern. Schwingungen als Ursache von Schall und Hören als Aufnahme von Schwingungen durch das Ohr identifizieren. geeignete Schutzmaßnahmen gegen die Gefährdungen durch Schall nennen. erläutern, dass Körper ohne direkten Kontakt eine anziehende oder abstoßende Wirkung aufeinander ausüben können an Beispielen Auswirkungen des Erdmagnetfeldes beschreiben an Beispielen aus dem Alltag magnetische Wirkung des elektrischen Stromes nennen und untersuchen. an Vorgängen aus ihrem Erfahrungsbereich Speicherung, Transport und Umwandlung von Energie aufzeigen. in Transportketten Energie halbquantitativ bilanzieren und dabei die Idee der Energieerhaltung zugrunde legen. an Beispielen zeigen, dass Energie, die als Wärme in die Umgebung abgegeben wird, in der Regel nicht weiter genutzt werden kann. an Beispielen energetische Veränderungen an Körpern und die mit ihnen verbundenen Energieübertragungsmechanismen einander zuordnen. an Beispielen beschreiben, dass sich bei Stoffen die Aggregatzustände durch Aufnahme bzw. Abgabe von thermischer Energie (Wärme) verändern. Aggregatzustände, Aggregatzustandsübergänge auf der Ebene einer einfachen Teilchenvorstellung beschreiben. den Sonnenstand als eine Bestimmungsgröße für die Temperaturen auf der Erdoberfläche erkennen. Prozessbezogene Kompetenzen EG 1, EG 2, EG 4; EG 11, K1, K4, K8, B3 EG 1, EG 4, K 1, K 3 EG 1, EG 10, EG 11, K1, K2, K3, K6, B3, B9 EG 2, EG 8, EG 11, K 4, B 1, B 3, B 7, B 9 EG 4, EG 6, EG 10, K 1, K5, B 3, B 5 Seite 2 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Jahrgangsstufe 7 (ein Halbjahr) Inhaltsfelder Fachliche Kontexte Spiegel und Linsen Reflexion am ebenen Spiegel, Brechung an einer Grenzfläche, Totalreflexion, Strahlenverlauf und Bilderzeugung bei Sammelund Zerstreuungslinsen, Bildentstehung im Auge, Lupe, Fernrohr, Mikroskop (11 Unterrichtswochen) Optik hilft dem Auge auf die Sprünge Brennspiegel bei Solarkraftwerken Mit Linsen ,,Unsichtbares" sichtbar gemacht; Linsen bilden ab Augenfehler Lichtleiter in Medizin und Technik Konzeptbezogene Kompetenzen Prozessbezogene Kompetenzen die Funktion von Linsen für die Bilderzeugung und den Aufbau einfacher optischer Systeme beschreiben. Absorption und Brechung von Licht beschreiben. EG 4, EG 5, EG 10, EG 11, K 2, K 5, K 8 Der Beruf des Optikers wird an dieser Stelle vorgestellt. Farbzerlegung des Lichts Prismen, Dispersion: Zusammensetzung des weißen Lichts (5 Unterrichtswochen) Die Welt der Farben Der Regenbogen Farbmischung in der Kunst Infrarot-, Licht- und Ultraviolettstrahlung unterscheiden und mit Beispielen ihre Wirkung beschreiben. EG 2, EG 8, B3 Seite 3 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Jahrgangsstufe 8 Inhaltsfelder Fachliche Kontexte Konzeptbezogene Kompetenzen Kraft, Arbeit und mechanische Energie Geschwindigkeit, Kraft als vektorielle Größe, Zusammenwirken von Kräften, Gewichtskraft und Masse, Flaschenzug und Hebel, Drehmoment, mechanische Arbeit und Energie, Energieerhaltung (14 Unterrichtswochen) Druck Druck, Luftdruck, Schweredruck, Auftrieb in Flüssigkeiten und Gasen (6 Unterrichtswochen) Innere Energie, Leistung, Wirkungsgrad Energie und Leistung in Wärmelehre und Mechanik, Erhaltung und Umwandlung von Energie, energetische Vorgänge beim Schmelzen und Verdampfen, Wirkungsgrad, Wärmekraftmaschinen (12 Unterrichtswochen) Physik und Sport Kleine Kräfte, lange Wege 100 m in 10 Sekunden Rutschen und gleiten – Mechanik des Skifahrens (in Verbindung mit der Skifreizeit der Klasse 8) Kraft und Geschwindigkeit als vektorielle Größen beschreiben. Bewegungsänderungen oder Verformungen von Körpern auf das Wirken von Kräften zurückführen. die Beziehung und den Unterschied zwischen Masse und Gewichtskraft beschreiben die Wirkungsweisen und die Gesetzmäßigkeiten von Kraftwandlern an Beispielen beschreiben verschiedene Stoffe bzgl. ihrer thermischen, mechanischen oder elektrischen Stoffeigenschaften vergleichen die Energieerhaltung als ein Grundprinzip des Energiekonzepts erläutern und sie zur quantitativen energetischen Beschreibung von Prozessen nutzen. die Verknüpfung von Energieerhaltung und Energieentwertung in Prozessen aus Natur und Technik (z. B. in Fahrzeugen, Wärmekraftmaschinen, Kraftwerken usw.) erkennen und beschreiben. Das Unterseeboot auchen in Natur und Technik Schwimmen, Schweben, Sinken Effiziente Energienutzung: eine wichtige Zukunftsaufgabe der Physik Das Blockheizkraftwerk Energiesparhaus Verkehrssysteme und Energieeinsatz Druck als physikalische Größe quantitativ beschreiben und in Beispielen anwenden. Schweredruck und Auftrieb formal beschreiben und in Beispielen anwenden. Exemplarisch wird das Berufsfeld des Maschinenbauingenieurs vorgestellt. in relevanten Anwendungszusammenhängen komplexere Vorgänge energetisch beschreiben und dabei Speicherungs-, Transport-, Umwandlungsprozesse erkennen und darstellen. die Energieerhaltung als ein Grundprinzip des Energiekonzepts erläutern und sie zur quantitativen energetischen Beschreibung von Prozessen nutzen die Verknüpfung von Energieerhaltung und Energieentwertung in Prozessen aus Natur und Technik (z. B. in Fahrzeugen, Wärmekraftmaschinen, Kraftwerken usw.) erkennen und beschreiben an Beispielen Energiefluss und Energieentwertung quantitativ darstellen. den quantitativen Zusammenhang von umgesetzter Energiemenge (bei Energieumsetzung durch Kraftwirkung: Arbeit), Leistung und Zeitdauer des Prozesses kennen und in Beispielen aus Natur und Technik nutzen. Temperaturdifferenzen, Höhenunterschiede, Druckdifferenzen und Spannungen als Voraussetzungen für und als Folge von Energieübertragung an Beispielen aufzeigen. Lage-, kinetische und durch den elektrischen Strom transportierte sowie thermisch übertragene Energie (Wärmemenge) unterscheiden, formal beschreiben und für Berechnungen nutzen. beschreiben, dass die Energie, die wir nutzen, aus erschöpfbaren oder regenerativen Quellen gewonnen werden kann. die Notwendigkeit zum ,,Energiesparen" begründen sowie Möglichkeiten dazu in ihrem persönlichen Umfeld erläutern. verschiedene Möglichkeiten der Energiegewinnung, -aufbereitung und -nutzung unter physikalischtechnischen, wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten vergleichen und bewerten sowie deren gesellschaftliche Relevanz und Akzeptanz diskutieren. den Aufbau von Systemen beschreiben und die Funktionsweise ihrer Komponenten erklären (z. B. Kraftwerke, medizinische Geräte, Energieversorgung). Energieflüsse in den oben genannten offenen Systemen beschreiben. die Funktionsweise einer Wärmekraftmaschine erklären. Prozessbezogene Kompetenzen EG 2, EG 5, EG 8, EG 9, K 1, K2, K 4, , K 7, B7 EG 1, EG 2, EG 8, EG 10, K 5, K 8 EG 3, EG 4, EG 5, EG 8, EG 9, EG 11, K3, K4, K7, K 8, B 1, B 3, B 4, B 7, B 8, B 9, B 10 Seite 4 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Jahrgangsstufe 9 Inhaltsfelder Fachliche Kontexte Elektrischer Strom Eigenschaften von Ladung, Reibungselektrizität, Influenz, Messung von Spannung und Stromstärke, elektrischer Widerstand, Ohm'sches Gesetz Spannung, Stromstärke und Widerstand bei Reihen- und Parallelschaltung, Oerstedversuch, Lorentzkraft, Induktion (16 Unterrichtswochen) Elektrische Energie Speicherung elektrischer Energie, elektrische Leistung (6 Unterrichtswochen) Elektrizität messen, verstehen, anwenden Entstehung von Gewittern Elektroinstallationen und Sicherheit im Haus Transformatoren Elektromotoren Radioaktivität und Kernenergie Aufbau der Atome, Aufbau des Atomkerns, Radioaktivität ( Zerfallsreihen, Halbwertzeit), ionisierende Strahlung, Strahlennutzen, Strahlenschäden und Strahlenschutz, Kernreaktionen, Kernspaltung und Kernfusion, Nutzen und Risiken der Kernenergie (10 Unterrichtswochen) Radioaktivität und Kernenergie Atom- und Kernmodelle als Beispiele für Wissenschaftsgeschichte Radioaktivität: Messung, Nutzen und Gefahren Strahlendiagnostik und Strahlentherapie Kernkraftwerke und Fusionsreaktoren Exemplarisch wird das Berufsfeld des Elektroingenieurs vorgestellt. Strom für zu Hause vom Kraftwerk bis zur Steckdose Batterien und Akkus Konzeptbezogene Kompetenzen die elektrischen Eigenschaften von Stoffen (Ladung und Leitfähigkeit) mit Hilfe eines einfachen Kern-HülleModells erklären. den quantitativen Zusammenhang von Spannung, Ladung und gespeicherter bzw. umgesetzter Energie zur Beschreibung energetischer Vorgänge in Stromkreisen nutzen. die Beziehung von Spannung, Stromstärke und Widerstand in elektrischen Schaltungen beschreiben und anwenden. den Aufbau eines Elektromotors beschreiben und seine Funktion mit Hilfe der magnetischen Wirkung des elektrischen Stromes erklären. den Aufbau von Generator und Transformator beschreiben und ihre Funktionsweisen mit der elektromagnetischen Induktion erklären. umgesetzte Energie und Leistung in elektrischen Stromkreisen aus Spannung und Stromstärke bestimmen. Lage-, kinetische und durch den elektrischen Strom transportierte sowie thermisch übertragene Energie (Wärmemenge) unterscheiden, formal beschreiben und für Berechnungen nutzen. Eigenschaften von Materie mit einem angemessenen Atommodell beschreiben. die Entstehung von ionisierender Teilchenstrahlung beschreiben. Eigenschaften und Wirkungen verschiedener Arten radioaktiver Strahlung und Röntgenstrahlung nennen. Prinzipien von Kernspaltung und Kernfusion auf atomarer Ebene beschreiben. Zerfallsreihen mithilfe der Nuklidkarte identifizieren. Nutzen und Risiken radioaktiver Strahlung und Röntgenstrahlung bewerten. experimentelle Nachweismöglichkeiten für radioaktive Strahlung beschreiben. die Wechselwirkung zwischen Strahlung, insbesondere ionisierender Strahlung, und Materie sowie die daraus resultierenden Veränderungen der Materie beschreiben und damit mögliche medizinische Anwendungen und Schutzmaßnahmen erklären. den Aufbau von Systemen beschreiben und die Funktionsweise ihrer Komponenten erklären (z. B. Kraftwerke, medizinische Geräte, Energieversorgung).verschiedene Möglichkeiten der Energiegewinnung, aufbereitung und -nutzung unter physikalisch-technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten vergleichen und bewerten sowie deren gesellschaftliche Relevanz und Akzeptanz diskutieren. technische Geräte und Anlagen unter Berücksichtigung von Nutzen, Gefahren und Belastung der Umwelt vergleichen und bewerten und Alternativen erläutern. technische Geräte hinsichtlich ihres Nutzens für Mensch und Gesellschaft und ihrer Auswirkungen auf die Umwelt beurteilen. Prozessbezogene Kompetenzen EG 5, EG 7, EG 8, EG 9, EG 10, EG 11 K 1, K 4, K5, K 6, K 8 B 3, B 4, B 7, B 8, B 9 EG 4, EG 7, EG 10 K 3, K8 B 3, B 5, B6 EG 3, EG 6, EG 7, EG 8 K 2, K 4, K 7, B 1, B 2, B 3, B 5, B 8, B 9, B10 Seite 5 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Legende zu den prozessbezogenen Kompetenzen Erkenntnisgewinnung (EG) Schülerinnen und Schüler … EG1: beobachten und beschreiben physikalische Phänomene und Vorgänge und unterscheiden dabei Beobachtung und Erklärung. EG2: erkennen und entwickeln Fragestellungen, die mit Hilfe physikalischer und anderer Kenntnisse und Untersuchungen zu beantworten sind. EG3: analysieren Ähnlichkeiten und Unterschiede durch kriteriengeleitetes Vergleichen und systematisieren diese Vergleiche. EG4: führen qualitative und einfache quantitative Experimente und Untersuchungen durch, protokollieren diese, verallgemeinern und abstrahieren Ergebnisse ihrer Tätigkeit und idealisieren gefundene Messdaten. EG5: dokumentieren die Ergebnisse ihrer Tätigkeit in Form von Texten, Skizzen, Zeichnungen, Tabellen oder Diagrammen auch computergestützt. EG6: recherchieren in unterschiedlichen Quellen (Print- und elektronische Medien) und werten die Daten, Untersuchungsmethoden und Informationen kritisch aus. EG7: wählen Daten und Informationen aus verschiedenen Quellen, prüfen sie auf Relevanz und Plausibilität, ordnen sie ein und verarbeiten diese adressaten- und situationsgerecht. EG8: stellen Hypothesen auf, planen geeignete Untersuchungen und Experimente zur Überprüfung, führen sie unter Beachtung von Sicherheitsund Umweltaspekten durch und werten sie unter Rückbezug auf die Hypothesen aus. EG9: interpretieren Daten, Trends, Strukturen und Beziehungen, wenden einfache Formen der Mathematisierung auf sie an, erklären diese, ziehen geeignete Schlussfolgerungen und stellen einfache Theorien auf. EG10: stellen Zusammenhänge zwischen physikalischen Sachverhalten und Alltagserscheinungen her, grenzen Alltagsbegriffe von Fachbegriffen ab und transferieren dabei ihr erworbenes Wissen. EG11: beschreiben, veranschaulichen oder erklären physikalische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache und mit Hilfe von geeigneten Modellen, Analogien und Darstellungen. Seite 6 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Kommunikation (K) Schülerinnen und Schüler … K1: tauschen sich über physikalische Erkenntnisse und deren Anwendungen unter angemessener Verwendung der Fachsprache und fachtypischer Darstellungen aus. K2: kommunizieren ihre Standpunkte physikalisch korrekt und vertreten sie begründet sowie adressatengerecht. K3: planen, strukturieren, kommunizieren und reflektieren ihre Arbeit, auch als Team. K4: beschreiben, veranschaulichen und erklären physikalische oder naturwissenschaftlichen Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache und Medien, ggfs. mit Hilfe von Modellen und Darstellungen. K5: dokumentieren und präsentieren den Verlauf und die Ergebnisse ihrer Arbeit sachgerecht, situationsgerecht und adressatenbezogen auch unter Nutzung elektronischer Medien. K6: veranschaulichen Daten angemessen mit sprachlichen, mathematischen oder (und) bildlichen Gestaltungsmitteln wie Graphiken und Tabellen auch mit Hilfe elektronischer Werkzeuge. K7: beschreiben und erklären in strukturierter sprachlicher Darstellung den Bedeutungsgehalt von fachsprachlichen bzw. alltagssprachlichen Texten und von anderen Medien. K8: beschreiben den Aufbau einfacher technischer Geräte und deren Wirkungsweise. Seite 7 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Bewertung (B) Schülerinnen und Schüler … B1: beurteilen und bewerten an ausgewählten Beispielen empirische Ergebnisse und Modelle kritisch auch hinsichtlich ihrer Grenzen und Tragweiten. B2: unterscheiden auf der Grundlage normativer und ethischer Maßstäbe zwischen beschreibenden Aussagen und Bewertungen. B3: stellen Anwendungsbereiche und Berufsfelder dar, in denen physikalische Kenntnisse bedeutsam sind. B4: nutzen physikalisches Wissen zum Bewerten von Chancen und Risiken bei ausgewählten Beispielen moderner Technologien und zum Bewerten und Anwenden von Sicherheitsmaßnahmen bei Experimenten im Alltag. B5: beurteilen an Beispielen Maßnahmen und Verhaltensweisen zur Erhaltung der eigenen Gesundheit und zur sozialen Verantwortung. B6: benennen und beurteilen Aspekte der Auswirkungen der Anwendung naturwissenschaftlicher Erkenntnisse und Methoden in historischen und gesellschaftlichen Zusammenhängen an ausgewählten Beispielen. B7: binden physikalische Sachverhalte in Problemzusammenhänge ein, entwickeln Lösungsstrategien und wenden diese nach Möglichkeit an. B8: nutzen physikalische Modelle und Modellvorstellungen zur Beurteilung und Bewertung naturwissenschaftlicher Fragestellungen und Zusammenhänge. B9: beurteilen die Anwendbarkeit eines Modells. B10: beschreiben und beurteilen an ausgewählten Beispielen die Auswirkungen menschlicher Eingriffe in die Umwelt. Seite 8 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Sekundarstufe II EF Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Die nachfolgenden Tabellen sind spaltenweise gegliedert nach Kontext und Leitfrage, Inhaltsfeldern und Kompetenzschwerpunkten. Jedem Fachlehrer ist es überlassen, die Kontexte seinem Unterricht anzupassen. Unterrichtsvorhaben der Einführungsphase Kontext und Leitfrage Physik und Sport Wie lassen sich Bewegungen vermessen und analysieren? Auf dem Weg in den Weltraum Wie kommt man zu physikalischen Erkenntnissen über unser Sonnensystem? Schall Wie lässt sich Schall physikalisch untersuchen? Inhaltsfelder, Inhaltliche Schwerpunkte Mechanik Kräfte und Bewegungen Energie und Impuls Mechanik Gravitation Kräfte und Bewegungen Energie und Impuls Mechanik Schwingungen und Wellen Kräfte und Bewegungen Energie und Impuls Kompetenzschwerpunkte E7 Arbeits- und Denkweisen K4 Argumentation E5 Auswertung E6 Modelle UF2 Auswahl UF4 Vernetzung E3 Hypothesen E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen E2 Wahrnehmung und Messung UF1 Wiedergabe K1 Dokumentation Seite 9 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Kontext: Physik und Sport Leitfrage: Wie lassen sich Bewegungen messen, analysieren und optimieren? Inhaltliche Schwerpunkte: Kräfte und Bewegungen, Energie und Impuls Kompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können … (E7) naturwissenschaftliches Arbeiten reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen, (K4) physikalische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten und überzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren, (E5) Daten qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder mathematisch zu formulierende Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern, (E6) Modelle entwickeln sowie physikalisch-technische Prozesse mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen erklären oder vorhersagen, (UF2) zur Lösung physikalischer Probleme zielführend Definitionen, Konzepte sowie funktionale Beziehungen zwischen physikalischen Größen angemessen und begründet auswählen. Inhalt Kompetenzen Experiment / Medium Kommentar/didaktische Hinweise Die Schülerinnen und Schüler… Beschreibung von Bewegungen im Alltag und im Sport Aristoteles vs. Galilei stellen Änderungen in den Vorstellungen zu Bewegungen und zum Sonnensystem beim Übergang vom Mittelalter zur Neuzeit dar (UF3, E7), entnehmen Kernaussagen zu naturwissenschaftlichen Positionen zu Beginn der Neuzeit aus einfachen historischen Texten (K2, K4), Handexperimente zur qualitativen Beobachtung von Fallbewegungen (z. B. Stahlkugel, glattes bzw. zur Kugel zusammengedrücktes Papier, evakuiertes Fallrohr mit Feder und Metallstück) Einstieg über faire Beurteilung sportlicher Leistungen (Weitsprung in West bzw. Ostrichtung, Speerwurf usw., Konsequenzen aus der Ansicht einer ruhenden oder einer bewegten Erde) Analyse alltäglicher Bewegungsabläufe, Analyse von Kraftwirkungen auf reibungsfreie Körper Vorstellungen zur Trägheit und zur Fallbewegung, Diskussion von Alltagsvorstellungen und physikalischen Konzepten Vergleich der Vorstellungen von Aristoteles und Galilei zur Bewegung, Folgerungen für Vergleichbarkeit von sportlichen Leistungen. Seite 10 von 43 IKG H E IL IG EN H A US Inhalt – S CH U L INT ER N ES Kompetenzen C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Experiment / Medium Kommentar/didaktische Hinweise Digitale Videoanalyse oder Luftkissenfahrbahn Unterscheidung von gleichförmigen und (beliebig) beschleunigten Bewegungen (insb. auch die gleichmäßig beschleunigte Bewegung) Erarbeitung der Bewegungsgesetze der gleichförmigen Bewegung Untersuchung gleichmäßig beschleunigter Bewegungen im Labor Erarbeitung der Bewegungsgesetze der gleichmäßig beschleunigten Bewegung Erstellung von t-s- und t-v-Diagrammen, die Interpretation und Auswertung derartiger Diagramme sollte intensiv geübt werden. Schlussfolgerungen bezüglich des Einflusses der Körpermasse bei Fallvorgängen, auch die Argumentation von Galilei ist besonders gut geeignet, um Argumentationsmuster in Physik explizit zu besprechen Wesentlich: Erarbeitung des Superpositionsprinzips (Komponentenzerlegung und Addition vektorieller Größen) Herleitung der Gleichung für die Bahnkurve nur optional, ebenso Einführung in die Verwendung von digitaler Videoanalyse Die Schülerinnen und Schüler… Beschreibung und Analyse von linearen Bewegungen unterscheiden gleichförmige und gleichmäßig beschleunigte Bewegungen und erklären zugrundeliegende Ursachen (UF2), vereinfachen komplexe Bewegungs- und Gleichgewichtszustände durch Komponentenzerlegung bzw. Vektoraddition (E1), planen selbstständig Experimente zur quantitativen und qualitativen Untersuchung einfacher Zusammenhänge (u.a. zur Analyse von Bewegungen), führen sie durch, werten sie aus und bewerten Ergebnisse und Arbeitsprozesse (E2, E5, B1), stellen Daten in Tabellen und sinnvoll skalierten Diagrammen (u. a. t-s- und t-v-Diagramme, Vektordiagramme) von Hand und mit digitalen Werkzeugen angemessen präzise dar (K1, K3), erschließen und überprüfen mit Messdaten und Diagrammen funktionale Beziehungen zwischen mechanischen Größen (E5), bestimmen mechanische Größen mit mathematischen Verfahren und mithilfe digitaler Werkzeuge (u.a. Tabellenkalkulation, GTR) (E6), Freier Fall Schiefe Ebene Wurfbewegungen Seite 11 von 43 IKG H E IL IG EN H A US Inhalt – S CH U L INT ER N ES Kompetenzen C U RR IC U LU M Experiment / Medium – P HY S IK SI/II Kommentar/didaktische Hinweise Die Schülerinnen und Schüler… Newton’sche Gesetze, Kräfte und Bewegung berechnen mithilfe des Newton’schen Kraftgesetzes Wirkungen einzelner oder mehrerer Kräfte auf Bewegungszustände und sagen sie unter dem Aspekt der Kausalität vorher (E6), entscheiden begründet, welche Größen bei der Analyse von Bewegungen zu berücksichtigen oder zu vernachlässigen sind (E1, E4), reflektieren Regeln des Experimentierens in der Planung und Auswertung von Versuchen (u. a. Zielorientierung, Sicherheit, Variablenkontrolle, Kontrolle von Störungen und Fehlerquellen) (E2, E4), geben Kriterien (u.a. Objektivität, Reproduzierbarkeit, Widerspruchsfreiheit, Überprüfbarkeit) an, um die Zuverlässigkeit von Messergebnissen und physikalischen Aussagen zu beurteilen, und nutzen diese bei der Bewertung von eigenen und fremden Untersuchungen (B1), Energie und Leistung Impuls erläutern die Größen Position, Strecke, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Masse, Kraft, Arbeit, Energie, Impuls und ihre Beziehungen zueinander an unterschiedlichen Beispielen (UF2, UF4), analysieren in verschiedenen Kontexten Bewegungen qualitativ und quantitativ sowohl aus einer Wechselwirkungsperspektive als auch aus einer energetischen Sicht (E1, UF1), verwenden Erhaltungssätze (Energie- und Impulsbilanzen), um Bewegungszustände zu erklären sowie Bewegungsgrößen zu berechnen (E3, E6), beschreiben eindimensionale Stoßvorgänge mit Wechselwirkungen und Impulsänderungen (UF1), begründen argumentativ Sachaussagen, Behauptungen und Vermutungen zu mechanischen Vorgängen und ziehen dabei erarbeitetes Wissen sowie Messergebnisse oder andere objektive Daten heran (K4), bewerten begründet die Darstellung bekannter mechanischer und anderer physikalischer Phänomene in verschiedenen Medien (Printmedien, Filme, Internet) bezüglich ihrer Relevanz und Richtigkeit (K2, K4), Messung der Beschleunigung eines Körpers in Abhängigkeit von der beschleunigenden Kraft und / oder Masse Experimente zu elastischen und inelastischen Stößen Pendel Kennzeichen von Laborexperimenten im Vergleich zu natürlichen Vorgängen besprechen, Ausschalten bzw. Kontrolle bzw. Vernachlässigen von Störungen Erarbeitung des Newton’schen Bewegungsgesetzes Definition der Kraft als Erweiterung des Kraftbegriffs aus der Sekundarstufe I. Berechnung von Kräften und Beschleunigungen beim Kugelstoßen, bei Ballsportarten, Einfluss von Reibungskräften Begriffe der Arbeit und der Energie aus der SI aufgreifen und wiederholen Deduktive Herleitung der Formeln für die mechanischen Energiearten aus den Newton‘schen Gesetzen und der Definition der Arbeit Energieerhaltung an Beispielen (Pendel, Achterbahn, Halfpipe) erarbeiten und für Berechnungen nutzen Energetische Analysen in verschiedenen Sportarten (Hochsprung, Turmspringen, Turnen, Stabhochsprung, Bobfahren, Skisprung) Begriff des Impulses und Impuls als Erhaltungsgröße Elastischer und inelastischer Stoß auch an anschaulichen Beispielen aus dem Sport (z.B. Impulserhaltung bei Ballsportarten, Kopfball beim Fußball, Kampfsport) Seite 12 von 43 IKG H E IL IG EN H A US Inhalt – S CH U L INT ER N ES Kompetenzen C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Experiment / Medium Kommentar/didaktische Hinweise Skateboards und Medizinball Wasserrakete Impuls und Rückstoß Bewegung einer Rakete im luftleeren Raum Untersuchungen mit einer Wasserrakete, Simulation des Fluges einer Rakete in einer Excel-Tabelle Die Schülerinnen und Schüler… Impuls und Impulserhaltung, Rückstoß verwenden Erhaltungssätze (Energie- und Impulsbilanzen), um Bewegungszustände zu erklären sowie Bewegungsgrößen zu berechnen (E3, E6). Kontext: Auf dem Weg in den Weltraum Leitfrage: Wie kommt man zu physikalischen Erkenntnissen über unser Sonnensystem? Inhaltliche Schwerpunkte: Gravitation, Kräfte und Bewegungen, Energie und Impuls Kompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können (UF4) Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen bzw. technischen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten physikalischen Wissens erschließen und aufzeigen, (E3) mit Bezug auf Theorien, Modelle und Gesetzmäßigkeiten auf deduktive Weise Hypothesen generieren sowie Verfahren zu ihrer Überprüfung ableiten, (E6) Modelle entwickeln sowie physikalisch-technische Prozesse mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen erklären oder vorhersagen, (E7) naturwissenschaftliches Arbeiten reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen. Inhalt Kompetenzen Experiment / Medium Kommentar/didaktische Hinweise Geozentrisches und heliozentrisches Planetenmodell Beobachtungen am Himmel Historie: Verschiedene Möglichkeiten der Interpretation der Beobachtungen Die Schülerinnen und Schüler… Aristotelisches Weltbild, Kopernikanische Wende stellen Änderungen in den Vorstellungen zu Bewegungen und zum Sonnensystem beim Übergang vom Mittelalter zur Neuzeit dar (UF3, E7), erläutern unterschiedliche Positionen zum Sinn aktueller Forschungsprogramme (z.B. Raumfahrt, Mobilität) und beziehen Stellung dazu (B2, B3). Seite 13 von 43 IKG H E IL IG EN H A US Inhalt – S CH U L INT ER N ES Kompetenzen C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Experiment / Medium Kommentar/didaktische Hinweise Sternkarte und aktuelle astronomische Tabellen Animationen zur Darstellung der Planetenbewegungen Orientierung am Himmel Tycho Brahes Messungen, Keplers Schlussfolgerungen Die Schülerinnen und Schüler… Planetenbewegunge n und Kepler’sche Gesetze ermitteln mithilfe der Kepler´schen Gesetze und des Gravitationsgesetzes astronomische Größen (E6), beschreiben an Beispielen Veränderungen im Weltbild und in der Arbeitsweise der Naturwissenschaften, die durch die Arbeiten von Kopernikus, Kepler, Galilei und Newton initiiert wurden (E7, B3), Newton’sches Gravitationsgesetz, Gravitationsfeld beschreiben Wechselwirkungen im Gravitationsfeld und verdeutlichen das Konzept des Kraftfeldes (UF2, E6), Kreisbewegungen analysieren und berechnen auftretende Kräfte bei Kreisbewegungen (E6). Newton’sches Gravitationsgesetz als Zusammenfassung bzw. Äquivalent der Kepler’schen Gesetze Newton’sche „Mondrechnung“ Anwendung des Newton’schen Gravitationsgesetzes und der Kepler‘schen Gesetze zur Berechnung von Satellitenbahnen Feldbegriff diskutieren, Definition der Feldstärke über Messvorschrift „Kraft auf Probekörper“ Messung der Zentralkraft Beschreibung von gleichförmigen Kreisbewegungen, Winkelgeschwindigkeit, Periode, Bahngeschwindigkeit, Frequenz Experimentell-erkundende Erarbeitung der Formeln für Zentripetalkraft und Zentripetalbeschleunigung: Herausstellen der Notwendigkeit der Konstanthaltung der restlichen Größen bei der experimentellen Bestimmung einer von mehreren anderen Größen abhängigen physikalischen Größe (hier bei der Bestimmung der Zentripetalkraft in Abhängigkeit von der Masse des rotierenden Körpers) Ergänzend: Deduktion der Formel für die Zentripetalbeschleunigung Massenbestimmungen im Planetensystem, Fluchtgeschwindigkeiten Bahnen von Satelliten und Planeten Seite 14 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Kontext: Schall Leitfrage: Wie lässt sich Schall physikalisch untersuchen? Inhaltliche Schwerpunkte: Schwingungen und Wellen, Kräfte und Bewegungen, Energie und Impuls Kompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können (E2) kriteriengeleitet beobachten und messen sowie auch komplexe Apparaturen für Beobachtungen und Messungen erläutern und sachgerecht verwenden, (UF1) physikalische Phänomene und Zusammenhänge unter Verwendung von Theorien, übergeordneten Prinzipien/Gesetzen und Basiskonzepten beschreiben und erläutern, (K1) Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten nach gegebenen Strukturen dokumentieren und stimmig rekonstruieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge. Inhalt Kompetenzen Experiment / Medium Kommentar/didaktische Hinweise Die Schülerinnen und Schüler… Entstehung und Ausbreitung von Schall erklären qualitativ die Grundlagen mechanischer Schwingungen und Wellen (Transversal- oder Longitudinalwelle) mit den Eigenschaften des Ausbreitungsmediums (E6), Stimmgabeln, Lautsprecher, Frequenzgenerator, Frequenzmessgerät, Schallpegelmesser, rußgeschwärzte Glasplatte, Schreibstimmgabel, Klingel und Vakuumglocke Erarbeitung der Grundgrößen und -gleichungen zur Beschreibung von Schwingungen und Wellen: Frequenz (Periode) und Amplitude mittels der Höreindrücke des Menschen Modelle der Wellenausbreitung beschreiben Schwingungen und Wellen als Störungen eines Gleichgewichts und identifizieren die dabei auftretenden Kräfte (UF1, UF4), Wellenmaschine, Wellenwanne Entstehung von Longitudinal- und Transversalwellen Ausbreitungsmedium, Möglichkeit der Ausbreitung longitudinaler. bzw. transversaler Schallwellen in Gasen, Flüssigkeiten und festen Körpern Erzwungene Schwingungen und Resonanz erläutern das Auftreten von Resonanz mithilfe von Wechselwirkung und Energie (UF1). Stimmgabeln Resonanz (auch Tacoma-Bridge, MillenniumBridge) Resonanzkörper von Musikinstrumenten Seite 15 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Sekundarstufe II Q1/2 Die nachfolgenden Tabellen sind spaltenweise gegliedert nach Fachthemen, obligatorisch zu behandelnde Inhalte innerhalb der Fachthemen, in eine Auflistung von Kontextbausteinen, die besonders geeignet erscheinen, und in die inhaltlichen Schwerpunkte für das Abitur. Die in den Spalten 2 und 4 aufgelisteten Inhalte sind dabei als verbindlich zu betrachten. Die Auswahl der Kontextbausteine hingegen darf im konkreten Unterricht durchaus durch andere, ebenfalls geeignete Kontextbausteine ersetzt werden. Die Kontextbausteine sind so gewählt bzw. zu wählen, dass im Allgemeinen die folgenden Ziele in angemessener Weise erreicht werden können: - Üben der Fachmethoden - Ermöglichen von fachübergreifendem Arbeiten - Lernen in Kontexten - Planung und Durchführung von Experimenten - Erarbeitung physikalischer Begriffe - Formulierung physikalischer Gesetze - Anwendung physikalischer Gesetze - Erziehung zu umweltbewusstem Verhalten - Geschlechterspezifische Förderung der Schüler/Innen Für die gewählten Kontextbausteine wurden die mit ihnen verbundenen SachThemen und SinnStiftungen (STuSS) der Richtlinien zur leichteren Verwendung im schuleigenen Curriculum in einer Tabelle durchnummeriert. Dies gilt auch für mögliche Kontextbausteine, die nicht explizit im schuleigenen Curriculum verwendet worden sind. Die entsprechende Legende findet sich im Anschluss. Am Ende der Qualifikationsphase erfolgt ein Ausblick auf diverse physikalisch- bzw. ingenieurwissenschaftlich-orientierte Berufsbilder. Seite 16 von 43 IKG H E IL IG EN H A US Q1.1 Ladungen und Felder – S CH U L INT ER N ES Obligatorik - Elektrisches Feld und elektrische Feldstärke E - Arbeit im elektrischen Feld, Spannung, Potential - Kondensator und Kapazität - Dielektrikum - Energie und Energiedichte des geladenen Kondensators - Magnetisches Feld und Flussdichte B - Lorentzkraft C U RR IC U LU M – P SI/II STuSS Bereitstellung, Wandlung und Verteilung elektrischer Energie E6 Inhaltliche Schwerpunkte Abitur Ladungen und Felder - elektrisches Feld, elektrische Feldstärke (Feldkraft auf Ladungsträger im homogenen Feld) - potentielle Energie im elektrischen Feld Experimentelle Untersuchung von Elektronen mit Hilfe magnetischer Felder E4 Bereitstellung, Wandlung und Verteilung elektrischer Energie E6 Auf der Spur des Elektrons E1, E2, E3 und E5 Experimentelle Untersuchung von Elektronen mit Hilfe elektrischer Felder E3 Experimentelle Untersuchung von Elektronen mit Hilfe magnetischer Felder E4 - magnetisches Feld, magnetische Feldgröße B, Lorentzkraft (Stromwaage) Inhaltliche Schwerpunkte Abitur Elektromagnetismus - Elektromagnetische Induktion, Induktionsgesetz (Drehung einer Leiterschleife im homogenen Magnetfeld) - Selbstinduktion, Induktivität (verzögerter Einschaltvorgang bei der Parallelschaltung von L und R, Ein- und Ausschaltvorgänge bei Spulen) Ladungsträger - Elektronen, Ionen, Alphateilchen und Betateilchen - Bewegungen von Ladungsträgern im elektrischen Feld - Elementarladung - Oszilloskop - Bewegungen von Ladungsträgern im magnetischen Feld - Gekreuzte Felder - e/m-Bestimmung Q1.2 Elektromagnetismus Obligatorik - Induktionsvorgänge - Induktionsgesetz - Selbstinduktion STuSS Bereitstellung, Wandlung und Verteilung elektrischer Energie E7, E8 Wechselstromlehre - Erzeugung von Wechselstrom - Effektivwerte - Blindwiderstände und Zeigerdiagramme - Serienkreis - Transformator - Erzeugung ungedämpfter elektromagnetischer Schwingungen - Erzeugung der elektromagnetischen Welle - Hertzscher Dipol und Nahfeld der elektromagnetischen Welle - Fernfeld der elektromagnetischen Welle - Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle Bereitstellung, Wandlung und Verteilung elektrischer Energie E9, E10 Elektromagnetische Schwingungen und Wellen HY S IK Physikalische Grundlagen der drahtlosen Nachrichtenübermittlung E18, E19, E20, E21 - Bewegungen von Ladungsträgern im elektrischen und magnetischen Feld (Braun’sche Röhre, Fadenstrahlrohr) Elektromagnetische Schwingungen und Wellen - Elektromagnetischer Schwingkreis, Analogie zum mechanischen Oszillator (RLC-Schwingkreis 1Hz, Federpendel) Seite 17 von 43 IKG H E IL IG EN H A US Q2.1 Wellenoptik – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Obligatorik - Reflexion und Brechung von Licht - Interferenz von Licht - Beugung von Licht - Polarisation von Licht - Lichtelektrischer Effekt und Lichtquanten - h-Bestimmung - Röntgenstrahlung - de-Broglies Materiewellen - Heisenberg’sche Unschärferelation - Quanten und Messen STuSS Informationsübertragung durch Licht E22, E23, E24 Inhaltliche Schwerpunkte Abitur - Interferenz (Mikrowelleninterferenz, Wellenwanne, Lichtbeugung am Spalt, Doppelspalt und Gitter, Wellenlängenmessung) Von klassischen Vorstellungen zur Quantenphysik A9, A10, A11 Quantenobjekte A12, A13, A14 Quanteneffekte - Lichtelektrischer Effekt und Lichtquantenhypothese (h-Bestimmung mit Photozelle und Gegenfeldmethode) -de Broglies Theorie des Elektrons, Welleneigenschaften von Teilchen (Elektronenbeugung an polykristalliner Materie) - Grenzen der Anwendbarkeit klassischer Begriffe in der Quantenphysik (Doppelspaltversuch mit Elektronen und Licht reduzierter Intensität) Q2.2 Atomphysik und Kernphysik Obligatorik - Geschichte der Atommodelle - Bohrsches Atommodell - Orbitalmodell - Atomkern (Bausteine, Bindungsenergie, Tröpfchenmodell) STuSS Erkenntnisse über Atom und Atomkern A1, A5,A6, A20, A21, A22 Radioaktivität - Radioaktiver Zerfall und Strahlungsarten - Nachweisgeräte - Zerfallsgesetze und Halbwertszeit - Strahlenschutz - Kernenergie Untersuchung radioaktiver Strahlung A17, A18, A19, A20, A22 Inhaltliche Schwerpunkte Abitur Atom- und Kernphysik - Linienspektrum und Energiequantelung des Atoms, Atommodelle (Beobachtung von Spektrallinien am Gitter, FranckHertz-Versuch) - Ionisierende Strahlung (Röntgenspektroskopie) - Radioaktiver Zerfall (Halbwertszeitmessung, Reichweite von Gammastrahlen, Absorption von Gammastrahlen Quantenphysik Seite 18 von 43 IKG H E IL IG EN H A US Q1.1 Ladungen und Felder – S CH U L INT ER N ES Obligatorik - Elektrisches Feld und elektrische Feldstärke E - Arbeit im elektrischen Feld, Spannung, Potential - Radialsymmetrisches Feld und Coulombsches Gesetz - Kondensator und Kapazität - Dielektrikum - Energie und Energiedichte des geladenen Kondensators - Magnetisches Feld und Flussdichte B - Lorentzkraft C U RR IC U LU M – P SI/II STuSS Bereitstellung, Wandlung und Verteilung elektrischer Energie E6 Inhaltliche Schwerpunkte Abitur Ladungen und Felder - elektrisches Feld, elektrische Feldstärke (Feldkraft auf Ladungsträger im homogenen Feld), radialsymmetrisches Feld - potentielle Energie im elektrischen Feld Experimentelle Untersuchung von Elektronen mit Hilfe magnetischer Felder E4 Bereitstellung, Wandlung und Verteilung elektrischer Energie E6 Auf der Spur des Elektrons E1, E2, E3, E5 Experimentelle Untersuchung von Elektronen mit Hilfe elektrischer Felder E3 Experimentelle Untersuchung von Elektronen mit Hilfe magnetischer Felder E4 - magnetisches Feld, magnetische Feldgröße B, Lorentzkraft (Stromwaage) Inhaltliche Schwerpunkte Abitur Elektromagnetismus - Elektromagnetische Induktion, Induktionsgesetz (Drehung einer Leiterschleife im homogenen Magnetfeld) - Selbstinduktion, Induktivität (verzögerter Einschaltvorgang bei der Parallelschaltung von L und R, Ein- und Ausschaltvorgänge bei Spulen) - Ladungsträger - Elektronen, Ionen, Alphateilchen und Betateilchen - Bewegungen von Ladungsträgern im elektrischen Feld - Elementarladung und Millikan - Oszilloskop - Bewegungen von Ladungsträgern im magnetischen Feld - Gekreuzte Felder - Elektronenstrahl - e/m-Bestimmung Q1.2 Elektromagnetismus Obligatorik - Induktionsvorgänge - Induktionsgesetz - Selbstinduktion STuSS Bereitstellung, Wandlung und Verteilung elektrischer Energie E7, E8 Wechselstromlehre - Erzeugung von Wechselstrom - Effektivwerte - Blindwiderstände und Zeigerdiagramme - Serienkreis - Transformator - Erzeugung ungedämpfter elektromagnetischer Schwingungen - Erzeugung der elektromagnetischen Welle - Hertzscher Dipol und Nahfeld der elektromagnetischen Welle - Fernfeld der elektromagnetischen Welle - Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle Bereitstellung, Wandlung und Verteilung elektrischer Energie E9, E10 Elektromagnetische Schwingungen und Wellen HY S IK Physikalische Grundlagen der drahtlosen Nachrichtenübermittlung E18, E19, E20, E21 Wie breitet sich Licht aus? E12, E14, E15, E16, E22, E23 - Bewegungen von Ladungsträgern im elektrischen und magnetischen Feld (Braun’sche Röhre, Fadenstrahlrohr, Wien-Filter, Hall-Effekt) Elektromagnetische Schwingungen und Wellen - Elektromagnetischer Schwingkreis, Analogie zum mechanischen Oszillator (RLC-Schwingkreis 1Hz, Federpendel) Seite 19 von 43 IKG H E IL IG EN H A US Q2.1 Wellenoptik – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Obligatorik - Reflexion und Brechung von Licht - Interferenz von Licht - Beugung von Licht - Polarisation von Licht - 1. Hauptsatz der Thermodynamik (Energieerhaltung) - Entropie (Quantifizierung der Energieentwertung) - 2. Hauptsatz der Thermodynamik (Energieentwertung) - Kreisprozesse - dissipative Strukturen (Zusammenspiel von Energieentwertung und -aufwertung) - Ätherhypothese und Michelson Experiment - Relativistische Kinematik (Zeitdilatation, Längenkontraktion und optischer Doppler-Effekt) - Relativistische Dynamik - Äquivalenz von Masse und Energie STuSS Informationsübertragung durch Licht E22, E23, E24 Inhaltliche Schwerpunkte Abitur - Interferenz (Mikrowelleninterferenz, Wellenwanne, Lichtbeugung am Spalt, Doppelspalt und Gitter, Wellenlängenmessung) Wärmekraftmaschinen und Wärmepumpen T8, T9 Energietechniken und Energieversorgungskonzepte T10, T11 - Umdenken in Mechanik und Elektrik R2, R3, R7, R8, R9 Veränderung in der Raum-Zeit-Vorstellung R4, R5 Relativitätstheorie - Konstanz der Lichtgeschwindigkeit und deren Konsequenzen (Michelson Experiment) - relativistischer Impuls, Äquivalenz von Masse und Energie Quantenphysik - Lichtelektrischer Effekt und Lichtquanten - h-Bestimmung - Röntgenstrahlung - de-Broglies Materiewellen Heisenberg’sche Unschärferelation - Quanten und Messen Von klassischen Vorstellungen zur Quantenphysik A9, A10, A11 Quantenobjekte A12, A13, A14 Quanteneffekte - Lichtelektrischer Effekt und Lichtquantenhypothese (h-Bestimmung mit Photozelle und Gegenfeldmethode) -de Broglies Theorie des Elektrons, Welleneigenschaften von Teilchen (Elektronenbeugung an polykristalliner Materie) - Grenzen der Anwendbarkeit klassischer Begriffe in der Quantenphysik (Doppelspaltversuch mit Elektronen und Licht reduzierter Intensität) Q2.2 Atomphysik und Kernphysik Obligatorik - Geschichte der Atommodelle - Bohrsches Atommodell - Orbitalmodell - Atomkern (Bausteine, Bindungsenergie, Tröpfchenmodell) - Radioaktiver Zerfall und Strahlungsarten - Nachweisgeräte - Zerfallsgesetze und Halbwertszeit - Strahlenschutz - Kernenergie STuSS Erkenntnisse über Atom und Atomkern A1, A5,A6, A20, A21, A22 Inhaltliche Schwerpunkte Abitur Atom- und Kernphysik - Linienspektrum und Energiequantelung des Atoms, Atommodelle (Beobachtung von Spektrallinien am Gitter, Franck-Hertz-Versuch) Untersuchung radioaktiver Strahlung A17, A18, A19, A20, A22 - Ionisierende Strahlung (Röntgenspektroskopie) - Radioaktiver Zerfall (Halbwertszeitmessung, Reichweite von Gammastrahlen, Absorption von Gammastrahlen Thermodynamik Relativitätstheorie Radioaktivität Seite 20 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Legende zu den SachThemen und SinnStiftungen (STuSS) Teilnahme am Straßenverkehr M 1 Anfahren und Überholen M2 Bremsen M 3 Nutzung des Treibstoffs; Energiebilanzen Von Zeiten und Räumen M 4 Schöpfungsmythen R1 Einsteins neue Sicht der Dinge Physik und Sport M 5 Flugbahnen von „Wurfobjekten“ M 6 Besonderheiten bei Flugbahnen von „Wurfobjekten“ M 7 Schwimmen Fluiddynamik M 8 Drehbewegungen M 9 Biomechanik und Sportmedizin M 10 Physik beim Freizeitsport M 11 Physik der Fahrgeschäfte Himmelsmechanik – Die Entwicklung des astronomischen Weltbildes M 12 Astronomische Phänomene M 13 Ursache der Bewegungen am Himmel M 14 Vermutungen über Ursache und Wechselwirkungsmechanismus der Gravitation Weltraumfahrt M 15 Satelliten und ihre Transporter M 18 Flug ins Weltall Auf der Spur des Elektrons E1 Elektrischer Strom in Metallen: Gibt es Hinweise auf einen „Strömungsvorgang“? E2 Gibt es eine Möglichkeit. die Ladungsträger aus dem Metall herauszuholen, um sie isoliert untersuchen zu können? E3 Experimentelle Untersuchung der Elektronen mit Hilfe elektrischer Felder E4 Experimentelle Untersuchung der Elektronen mit Hilfe magnetischer Felder E5 Der Mechanismus der Stromleitung in Metallen Seite 21 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Bereitstellung, Wandlung und Verteilung elektrischer Energie E6 Speicherung elektrischer Energie E7 Generator und Motor: austauschbare Anwendung derselben Maschine E8 Speicherung magnetischer Energie E9 Wechselstrom E 10 Verteilung elektrischer Energie: Warum verwendet man Hochspannungsleitungen? E 11 Elektrosmog – eine Gefahr für die Gesundheit? Das menschliche Hören und die Wahrnehmung von Schall M 17 Schallentstehung und Wahrnehmung M 18 Das Richtungshören des Menschen M 19 Besondere akustische Phänomene Die Physik in der Musik M 20 Empfindung von Klangeindrücken M 21 Resonanz Ultraschall in der medizinischen Anwendung M 22 Ultraschall in der Diagnostik und Therapie Wasserwellen M 23 Die Wasseroberfläche eines Sees – physikalisch gesehen M 24 Meereswellen Die Welt der Töne - Die Welt der Farben Die Welt der Töne M 25 Schalleindrücke M 26 Empfinden von Klangeindrücken M 27 Wellen M 28 Musikinstrumente Die Welt der Farben E 12 Licht, eine Welle? E 13 Die Welt durch Filter betrachtet Wie breitet sich das Licht aus? E 14 Musterbildung verbunden mit Abweichungen von der Geradlinigkeit der Lichtausbreitung E 15 Farberscheinungen an dünnen Schichten E 16 Lassen sich die aus der geometrischen Optik bekannten Gesetze / Erscheinungen im Wellenmodell verstehen? Seite 22 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Physikalische Grundlagen der drahtlosen Nachrichtenübertragung E 18 Wie gelangen die von einem Rundfunk- oder Fernsehsender ausgestrahlten Signale zu den Empfängern? E 19 Vermutungen über die Entstehung elektromagnetischer Strahlung E20 Erzeugung elektromagnetischer Wellen E 21 Informationsübertragung durch elektromagnetische Wellen Informationsübertragung durch Licht E 22 Prismenspektren von Sternen, Spektrallampen und Glühlampen E 23 Welleneigenschaften des Lichtes E 24 Licht als elektromagnetische Welle Raumvorstellungen in der vorrelativistischen Physik R2 Absoluter Raum und absolute Zeit R3 Ätherhypothese und das mechanistische Weltbild der Physik Veränderungen in der Raum-Zeit-Vorstellung R4 Suche nach Ätherwind R5 Suche nach einer Auflösung des Widerspruchs zwischen dem Ergebnis des Michelson-Versuches und der naiven Anschauung R6 Informationen im außerschulischen Umfeld Umdenken in der Mechanik R7 Umdenken bei der Zusammensetzung von Bewegungen und Geschwindigkeiten R8 Was wird aus der bisherigen Dynamik? R9 Warum wachsen Masse und Energie miteinander? Wie verändert sich die Elektrik R 10 Wie verhalten sich Ladungen bzw. Felder bei Systemwechseln? R 11 Warum erscheint die Lorentzkraft auf eine Ladung in deren Ruhesystem als elektrische Feldkraft? Energieentwertung und Irreversibilität: Die Entropie T1 Strukturbildung und Zerfall T2 Energieentwertung quantitativ T3 Blick in die Geschichte der Thermodynamik Energie von der Sonne: Energiehaushalt der Erde T4 Sterne verraten sich durch Strahlung T5 Planeten strahlen auch Unsere Atmosphäre - ein Treibhaus T6 Energetik der Atmosphäre . T7 Der Treibhauseffekt, eine Verschiebung des Strahlungsgleichgewichtes der Erde Seite 23 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Wärmekraftmaschinen und Wärmepumpen T8 Erzeugung wertvoller Energie T9 Energietransport gegen die Laufrichtung Energietechniken und Energieversorgungskonzepte T 10 Wärmekraftwerke T 11 Energie sinnvoll nutzen, und transportieren Die Sonne – ein glühender Gasball T 12 Die Sonne als langlebige Energiequelle Suche nach einem modellmäßigen Verständnis der Wärmeenergie auf der Mikroebene T 13 Modellbildung eines Gases auf der Mikroebene T 14 Modelmäßiges Erfassen der spezifischen Wärmen Wie gelangt die Zeitrichtung in die Physik? T 15 Man denke sich verschiedene Vorgänge in einem Film dargestellt. Es soll zu entscheiden versucht werden, ob der Film in der richtigen Richtung abläuft. T 16 Zusammenhang zwischen Umkehrbarkeit und Wahrscheinlichkeit Der Flügelschlag des Schmetterlings oder: Die Schwäche des starken Kausalitätsprinzips T 17 Eine Dünenlandschaft – unter physikalischen .Aspekten T 18 Der "Flügelschlag Schmetterlings“ T 19 Ordnung im Chaos oder: Eine ordentliche Unordnung Woher weiß man, dass Atome existieren? A 1 Deutung physikalischer Erfahrungen mit einer einfachen Atomvorstellung A 2 Überraschende Ganzzahligkeiten in der Chemie Kann man Atome zählen? A 3 Grobe Anzahlschätzungen A 4 Genauere Zählverfahren Woher kennt man die Bausteine von Atomen? Wie kann man sie untersuchen? A 5 Ionisation A 6 Radioaktiver Zerfall Wechselwirkung von Lichtwellen (elektromagnetische Wellen) mit Materie A 7 Streuung von Licht A 8 Reflexion von Licht Seite 24 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Von klassische" Vorstellungen zur Quantenphysik A 9 Warum reicht die Wellenvorstellung nicht zur Deutung der Wechselwirkung Licht – Materie? A 10 Was kann nach der Korpuskelvorstellung gedeutet werden? A 11 Kann man Photonen eine Energie und einen Impuls zuordnen? Quantenobjekte A 12 Das klassische Wellenmodell A 13 Die korpuskulare Vorstellung A 14 Was sind Photonen / Elektronen eigentlich? Interpretationen der Quantenmechanik A 15 Das Problem des Determinismus A 16 Zustände in der Quantenphysik Untersuchung radioaktiver Strahlung A 17 Wie kann man radioaktive Strahlung nachweisen? A 18 Mit welchen Verfahren kann man Aufschluss über die Natur der radioaktiven Strahlung gewinnen? A 19 Wie kann man Strahlendosen messen? Strahlendosis Erkenntnisse über den Atomkern A 20 Wodurch werden die Atomkerne zusammengehalten A 21 Wie kann man die Abweichung der relativen Atommassen von der Ganzzahligkeit erklären? A 22 Wie kann man aus Kernprozessen Energie gewinnen? Seite 25 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Experimente Experimenten kommt eine zentrale Stellung im Unterricht zu. Sofern Ausstattung, Sicherheitsauflagen und Inhalt es ermöglichen, werden Experimente zur Stärkung kommunikativer und sozialer Kompetenzen in kooperativen Lernformen in Partner- oder Gruppenarbeit durchgeführt. Andernfalls werden Demonstrationsexperimente durchgeführt. Mediennutzung und Medienerziehung Die Schüler werden im Physikunterricht an das selbstständige Arbeiten und Lernen mit Hilfe neuer Medien herangeführt. Dies erfolgt beispielweise durch Nutzung computergestützter Messwerterfassungs- (Videoanalyse, Cassy usw.) und Auswertungssysteme (Tabellenkalkulation, Mathematiksoftware usw.), Computeranimationen und Simulationen physikalischer Vorgänge, Nutzung des Internets als Recherchemedium, Nutzung von Präsentationssoftware bei der Vorstellung von Arbeitsergebnissen. Ein kritischer Umgang mit den verwendeten Medien steht hierbei im Vordergrund. Hierzu gehört beispielsweise die Bewertung der inhaltlichen Zuverlässigkeit diverser Quellen, Simulationen und Animationen. Exkursionen Die im Unterricht gewonnen Erkenntnisse sollen nach Möglichkeit durch außerschulische Erfahrungen ergänzt werden. Neben Exkursionen zur Besichtigung technischer Anlagen(Kraftwerk, Schleuse,...) oder dem Besuch von Schülerlaboren regen wir die Schülerinnen und Schüler zur Beteiligung an Wettbewerben an. Die Skifreizeit der Klasse 8 wird als Kontext in das Themenfeld Mechanik eingebettet und als Schwerpunkt im Unterricht fokussiert. Seite 26 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Differenzierung Eine Differenzierung innerhalb des gemeinsamen Unterrichts erfolgt beispielsweise durch: abgestufte (Lern-) Hilfen, offenen Lernformen wie beispielsweise Stationenlernen, Projektarbeiten, in die lehrenden Rolle wechselnde Schüler, unterschiedliche Leistungsniveaus bei Arbeitsaufträgen, eine Differenzierung in praktisch- und theoretisch orientierte Lernformen (experimenteller und hermeneutischer Wissenszugewinn), Arbeit wechselnd in bezüglich des Lernniveaus heterogenen und homogenen Gruppen. Grundsätze der Leistungsbeurteilung Die Leistungsbewertung bezieht sich auf die im Zusammenhang mit dem Unterricht erworbenen Kompetenzen. Die Kriterien der Leistungsbeurteilung werden den Schülerinnen und Schülern zu Beginn des Halbjahres mitgeteilt, der jeweilige Leistungsstand wird ihnen in vertretbaren Zeitabständen bekanntgegeben. Lernerfolgsüberprüfungen werden kontinuierlich durchgeführt, wobei die Ergebnisse schriftlicher Überprüfungen keine bevorzugte Stellung innerhalb der Notengebung einnehmen dürfen; den Schülerinnen und Schülern werden vielfältige Gelegenheiten gegeben, ihr Leistungsvermögen zu demonstrieren. Die Bestimmung der Gesamtnote in der Sekundarstufe II erfolgt bei klausurschreibenden Schülern unter ungefähr gleichberechtigter Einbeziehung der „sonstigen Mitarbeit“ und der Klausurergebnisse unter Abwägung der pädagogischen Auswirkungen der Note auf den Schüler. Seite 27 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Beurteilungsbereiche der „sonstigen Mitarbeit“ in SI und SII 1. Mündliche Beiträge - Beiträge zum Unterrichtsgespräch (u.a. Hypothesenbildung, Lösungsvorschläge, Bewerten von Ergebnissen, Analyse und Interpretation von Texten, Graphiken oder Diagrammen) - Abgerufene Beiträge, z.B. Wiederholungen, Transferleistungen, ... - Kurzvorträge, z.B. Darstellung von Sachzusammenhängen, Beobachtungen, Experimenten, ... - Erstellen und Vortragen von Referaten 2. Schriftliche Beiträge - Beobachtungs- und Versuchsprotokolle - Bearbeitung von Arbeitsblättern - Erstellung von Dokumentationen und Präsentationen - Schriftliche Übungen und Überprüfungen - Führung des Physikheftes, ergänzend auch von Lerntagebüchern und/oder Portfolios oder ähnlichem 3. Experimentelle Fertigkeiten - Planung von Experimenten - Durchführung von Experimenten - Auswertung von Experimenten 4. Lern- und Arbeitsverhalten - Einsatzbereitschaft bei der Planung von Vorhaben (Ausstellungen, Projekte, ...) - Umsetzung von Arbeitsaufträgen (praktisch / theoretisch) im Rahmen von Gruppenarbeiten (und ggf. Exkursionen) - Arbeit mit Schul-, Fach- und Experimentierbüchern Seite 28 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Klausuren in der SII Die Vorgaben zu den Klausuren in der APO-GOSt und dem Lehrplan für die Sekundarstufe II des Faches Physik sind zu beachten. Die Klausuren sollten sich insbesondere in der Q2 zunehmend an den Charakter einer Abiturklausur annähernd, also aus zwei Aufgaben bestehen, die eine selbständige und anspruchsvolle Leistung ermöglichen. In der Q1 und der Q2 sollte zumindest in je einer Klausur ein Demonstrationsexperiment bearbeitet werden müssen, so dass die Schüler auch mit dieser Art der Aufgabenstellung konfrontiert werden. Bei der inhaltlichen Gestaltung wird darauf geachtet, dass eine möglichst breite Auswahl an im vorherigen Kursabschnitt erworbenen konzeptund prozessbezogenen Kompetenzen überprüft wird. Die Bewertung erfolgt mit Hilfe eines Punkteschemas gemäß der Vorgaben im Lehrplan Physik der Sekundarstufe II. Bei der Bewertung sollte die Note ausreichend (5 Punkte) mit 45% der erreichbaren Punkte vergeben werden. Seite 29 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Facharbeiten in der Q1.2 Die Schüler werden insbesondere im Leistungskurs ermutigt, sich im Rahmen einer Facharbeit tiefergehend mit einem physikalischen themengebiet auseinanderzusetzen. Hierbei steht vor allem die Auseinandersetzung mit den spezifischen Fachmethoden des Faches Physik im Vordergrund. Eine experimentell angelegte Arbeit ist erwünscht. Die Bewertung der Facharbeit erfolgt auf Grundlage - der Korrektheit, Angemessenheit und Vollständigkeit der Darstellung, - der Angemessenheit der Verwendung der Fachsprache, - der Nachvollziehbarkeit und Schlüssigkeit der Argumentation, - der sinnvollen Wahl der themenspezifischen Schwerpunkte, - der Angemessenheit und Differenziertheit der Bewertung und Stellungnahme zu themenspezifischen Problemstellungen, - der Sinnhaftigkeit der Gliederung, - des Grades der Selbständigkeit bei der Recherche und der Planung, Durchführung und Auswertung von Experimenten, - der kritischen Auseinandersetzung mit Quellen und Informationen, - der sprachlichen Darstellungsleistung und deren Korrektheit - der Einhaltung der formalen Vorgaben Seite 30 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Evaluation Der Fachunterricht wird regelmäßig evaluiert, indem nach jeder Unterrichtseinheit mündliche Rückmeldungen der Schüler bezüglich der Unterrichtsgestaltung (inkl. Mediennutzung) eingeholt werden. Eine schriftliche Evaluation erfolgt am Ende des Halbjahres. Lernfortschritte der Lerngruppen werden von parallel unterrichtenden Fachlehrern in Bezug auf ihre jeweilige Unterrichtsgestaltung verglichen. Darüber hinaus findet ein zweiwöchentlicher Austausch der Fachkollegen zum Lernfortschritt und der Unterrichtsgestaltung in den Physiklerngruppen statt, wodurch neue Impulse zur Unterrichtsgestaltung initiiert, Probleme geklärt und der eigene Unterricht reflektiert werden. Die Evaluationsergebnisse fließen zeitnah in die Arbeit der Fachgruppe Physik ein. Kooperation mit außerschulischen Partnern Seit Anfang 2011 unterhält das IKG eine Kooperation mit den naturwissenschaftlichen Fachbereichen der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. In diesem Zusammenhang besuchen regelmäßig Professoren und Dozenten verschiedener Fachbereiche der Universität die Schule und halten einen Fachvortrag. Die Themenwahl geschieht im Voraus in enger Absprache zwischen den Vortragenden und den Lehrern des IKGs. Des Weiteren besuchen im Rahmen dieser Kooperation Schülergruppen naturwissenschaftliche Institute der Universität und können an Projekten oder Praktika teilnehmen. Seite 31 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Gender Mainstream im Fach Physik Die Kontextauswahl erfolgt in Hinblick auf Jungen- wie Mädcheninteressen. Eine Sensibilisierung der männlichen und weiblichen Schüler für die teils unterschiedliche Interessenlage des anderen Geschlechts sowie eine Auseinandersetzung auch mit den Interessenfeldern des anderen Geschlechts wird angestrebt. Eine Verwebung der physikalischen Fachinhalte mit literarischen, historischen und gesellschaftlichen Kontexten motiviert auch eher sozialwissenschaftlich und/oder sprachlich interessierte Schüler zu einer Auseinandersetzung mit physikalischen Sachverhalten. Der Unterricht bietet eine ausgewogene Mischung aus hermeneutischem und experimentellem Erkenntniszugang. Beide Arten des Wissenszugewinns bieten Möglichkeiten, gerade ruhigere Schüler (oftmals Mädchen) zu aktivieren und motivieren und mit unkonzentrierter arbeitenden Schülern (oftmals Jungen) eine kontinuierliche, verantwortungsvolle Arbeitsweise zu trainieren. In Partner- und Gruppenarbeit werden Kompetenzen in der Teamarbeit erlernt und durch gezielt geschlechtshomogen oder geschlechtsheterogen gebildete Arbeitsgruppen der geschlechtsübergreifende Austausch von Ideen und Arbeitsweisen aber auch geschlechtsspezifisch unterschiedlichen Sichtweisen gefördert. Seite 32 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Sicherheit, Arbeitsschutz und Gesundheit im Fach Physik Die Schüler erhalten zu Beginn jedes Schulhalbjahres eine Sicherheitsunterweisung. Darüber hinaus werden Sicherheits- und Arbeitsschutzaspekte thematisiert in den Inhaltsfeldern: Elektrizität (Schutz vor den Gefahren elektrischer Ströme und Spannungen), Akustik (Schallschutz), Optik (z.B. Laser), Radioaktivität (Schutz vor ionisierender Strahlung). Verbindungen zu gesundheitlichen Aspekten sollen vor allem bei den Themengebieten zur Mechanik (Sport) in der 8. Klasse und der Einführungsphase der Oberstufe sowie bei dem Themengebiet Radioaktivität bzw. ionisierende Strahlung (gesundheitliche Risiken aber auch Nutzung in der Medizin) geknüpft werden. Hierzu bietet sich gerade in erstem Fall ein fächerübergreifender Unterricht an, welcher im Bereich der Klasse 8 durch die Skifreizeit fest im Curriculum verankert ist. Seite 33 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Kooperation der naturwissenschaftlichen Fächer und Synergieeffekte Alle in den naturwissenschaftlichen Fächergruppen (Biologie, Chemie, Physik, Informatik) unterrichtenden Lehrkräfte unterstützen ihren regen Austausch durch eine mindestens einmal pro Halbjahr stattfindende Dienstbesprechung. Bei dieser werden die fächerverbindenden und fachübergreifenden Unterrichtsinhalte abgestimmt, die Synergieeffekt offengelegt, gemeinsame Ziele formuliert und zusammen die Profilierung der Naturwissenschaften am Immanuel-Kant-Gymnasium vorangetrieben. Organisation und Koordination: Herr Markus Pfeifer (Biologie) Herr David Kohlen (Physik) Herr Christian Galle (Physik und Chemie) Gemeinsame Ziele und Umsetzungen: 1. Begabtenförderung und Wettbewerbe: Prinzipiell soll den Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit eröffnet werden, an allen ausgeschriebenen Wettbewerben teilzunehmen und diese darin zu unterstützen. Schwerpunktmäßig ist die Teilnahme an den Wettbewerben „Schüler experimentieren“, „Jugend forscht“ und am „Dr. Hans-RiedelFachpreis“ forciert. Dazu bieten Frau Gunzer (Biologie/Chemie) und Frau Korb (Mathematik/Physik) eine AG „Jugend forscht“ an. Seite 34 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Für Schüler und insbesondere auch zur Mädchenförderung in den Naturwissenschaften für Schülerinnen, die an der Begabtenförderung im Fachbereich der Naturwissenschaften teilnehmen, besteht nach Rücksprache mit den Eltern und den beteiligten LehrerInnen ein Drehtür-Modell, das es den SchülerInnen ermöglicht, innerhalb der Schulzeit an ihren Projekten zu arbeiten, sofern sicher gestellt ist, dass der versäumte Unterrichtsstoff nachgearbeitet wird. Ob eine Schülerin oder ein Schüler an dem Drehtür-Modell teilnehmen darf, wird von Fall zu Fall entschieden. Mit dem Ende des ersten Schuljahre, in dem Projektkurse angeboten werden (2012) entsteht der „Tag der Naturwissenschaften“ am Immanuel-Kant-Gymnasium. Am Ende des Schuljahres präsentieren die Teilnehmerinnen und Teilnehmer der naturwissenschaftlichen Projektkurse (Biologie und Phsysik) ihre Ergebnisse der Schulgemeinschaft. Außerdem werden von den Fachlehrerinnen und Fachlehrern herausragende Facharbeiten aus dem naturwissenschaftlichen Bereich prämiert, die ebenfalls an diesem Tag vorgestellt werden. Die bei außerschulischen Wettbewerben eingereichten Arbeiten runden die Vorträge und Ausstellungen ab. (Eine Ausweitung des „Tages der Naturwissenschaften“ ist in Planung. Die Schülervorträge sollen um einen anschließenden Experimentiertag ergänzt werden, an dem alle Klassen im Verband eigenständig selbstgewählte Experimente entwickeln und auswerten, die am Ende in Form eines Rundgangs allen zugänglich werden.) 2. Kooperation mit Universitäten Erster Ansprechpartner für die einmal im Schuljahr am Immanuel-Kant-Gymnasium stattfindenden Fachvorträge für Oberstufenschülerinnen und –schüler, gehalten von Universitätsprofessoren, ist Herr Prof. Pretzler und damit die Universität Düsseldorf erster Ansprechpartner. Insbesondere der Fachbereich erweitert diese Kontakte um die Universität Duisburg-Essen für Fachvorträge (Ansprechpartner Herr Prof. Gunzer) und um die Universitäten Bochum und Wuppertal für Besuche der Schülerlaboratorien. Seite 35 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II 3. Synergieeffekte in den Naturwissenschaften nach Sichtung der schulinternen Curricula: Synergie BIO Auge 6: Aufbau / Auge als Sinnesorgan 6: Auge als Lichtempfänger 9: Bildentstehung auf der Netzhaut, Fehlsichtigkeit 7: Strahlengang, Bildkonstruktion 6: Aufbau und Funktion 6: Schall als Schwingung Ohr Luft Energie PH 7: Aggregatzustände mit Teilchenmodell 6: Einführung und Bezeichnung der Übergänge Aggregatzustände Zusammensetzung CH ausführlich der 5: Bestandteile / Grundvorgang der Fotosynthese 7: Quantitativer Nachweis und Atmung 5: Energie als Brennwert in Lebensmitteln 7: Energie bei chemischen Reaktionen, 6: Einführung der Energie (qualitativ) 7: Sonnenergie und Fotosynthese Aktivierungsenergie 8: mechanische Energieformen 9: physikalische Definition elektrische Energie 8: Verschiedene Atommodelle (von 9: kurze Wiederholung Atommodelle Atommodell Dalton bis Bohr) 7: Dichte des Dichtebegriffs 8: kurze Wiederholung (experimentell und rechnerisch) 8: Behandlung des Molbegriffs Mol 9: Erregungsleitung Nervenbahnen Stromkreise Behandlung 8: Leitfähigkeit (Voraussetzung: 6: Schülerexperimente geschlossene Stromkreise) Parallelschaltung 9: Aufbau und Funktion Batterie Schaltzeichen) (inkl. zu Reihen- und Schaltskizzen und 9: Einführung quantitativer Stromgrößen Seite 36 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Einigung aller Naturwissenschaften auf den prinzipiellen Aufbau eines Versuchsprotokolls: Thema / Problemstellung Materialien Aufbau Durchführung Beobachtung Erklärung (Bemerkung: Jederzeit kann und soll der Aufbau eines Versuchsprotokolls und die Länge des Textes dem entsprechenden Versuch angepasst werden.) Erste Einführung in das Protokollieren im Fach Biologie in der Jgst. 5. (siehe VII. Anhang A: „1. Planung eines Experiments“ und „2. Protokollbogen zur Planung eines Experiments“.) Fortsetzung und Vertiefung in Biologie und Physik (Jgst. 6), später in Chemie (Jgst. 7) Seite 37 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II 4. Sicherheitsbelehrungen in den naturwissenschaftlichen Fächern und Kunst: Naturwissenschaftliche Sicherheitsbelehrung durch: Biologie in Klasse 5 Physik in Klasse 6 Chemie in Klasse 7 bis 9 In Absprache mit den Vertretern der Unterrichtsfächer, in denen mit Gefahrstoffen gearbeitet wird (Biologie, Chemie, Kunst, Physik), übernehmen die Biologiefachlehrerinnen und Biologiefachlehrer in der Jahrgangsstufe 5 in beiden Halbjahren die ausführliche, grundlegende und einweisende Sicherheitsbelehrung. Die entsprechenden Regeln hängen in den Biologiefachräumen aus und werden ausführlich erläutert. Im Klassenbuch wird die Besprechung der Regelen vermerkt. Auch auf Verhaltensregeln in den Kunstfachräumen wird aufmerksam gemacht. In den Jahrgangsstufen 6, 7 und 9 erfolgt zu jedem Halbjahr eine Auffrischung der geltenden Sicherheitsregeln, die in der Jahrgangsstufe 6 im Physikunterricht und in den Jahrgangsstufen 7 und 9 im Chemieunterricht ausführlicher für die oben genannten Fächer erfolgt. Auch diese werden im Klassenbuch vermerkt. Im Kursbuch werden zu jedem neuen Halbjahr in der Oberstufe, die durch die Fachlehrerinnen und Fachlehrer durchzuführende Sicherheitsbelehrung. Für Gefahrstoffe, die im Unterricht im Einsatz sind, ist im Vorfeld eine Gefahrstoff- und Substitutionsanalyse durchzuführen, die in dem entsprechenden Ordner dokumentiert wird. Seite 38 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Betriebsanweisung und Sicherheitsbelehrung für Schülerinnen und Schüler Arbeitsbereich Die Betriebsanweisung gilt für alle Schülerinnen und Schüler, die mit gefährlichen Stoffen und Zubereitungen tätig sind. Sie gilt insbesondere für den Unterricht in den Fächern Chemie, Biologie, Physik, Werken und Kunst. Diese Räume dürfen nicht ohne Aufsicht der Lehrerin oder des Lehrers betreten werden. Gefahrstoffbezeichnung Seite 39 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Gefahrstoffe sind im Chemikaliengesetz definiert. Sie werden nach Gefährlichkeitsmerkmalen eingeteilt, denen u.a. folgende Gefahrenbezeichnungen, Kennbuchstaben und Gefahrensymbole zugeordnet sind. (siehe Ziffer III – 14.1 Gefahrensymbole – Gefahrenbezeichnungen) Gefahrensymbole, -Gefahrenbezeichnungen und Kennbuchstaben Anmerkung: Die Buchstaben E, 0, F, F+, T, T+, C, Xn, Xi und N sind nicht Bestandteil des Gefahrensymbols. Gefahren für Mensch und Umwelt Für Gefahrstoffe gibt es Hinweise auf besondere Gefahren und Sicherheitsratschläge. Die Gefahrenhinweise sind in so genannten R-Sätzen (R = Risiko), die Sicherheitsratschläge in den so genannten S-Sätzen (S = Sicherheit) zusammengefasst. Eine Liste aller R- und S-Sätze siehe unter Ziffer III - 14.2 Hinweise auf die besonderen Gefahren (R-Sätze) und Ziffer III - 14.3 Sicherheitsratschläge (S-Sätze). Für die einzelnen Gefahrstoffe findet man die R- bzw. S-Sätze z. B. auf den Etiketten der Chemikalienbehälter, auf entsprechenden aktuellen Wandtafeln mit einer Auswahl von Gefahrstoffen. Schutzmaßnahmen/Verhaltensregeln Wegen der besonderen Gefahren ist in den oben genannten Fachräumen grundsätzlich ein umsichtiges und vorsichtiges Verhalten erforderlich. Die Schülerinnen und Schüler sollen offene Gashähne, Gasgeruch, beschädigte Steckdosen und Geräte oder andere Gefahrenstellen der Lehrerin oder dem Lehrer sofort melden. Schülerinnen und Schüler dürfen Geräte, Chemikalien, Schaltungen nicht ohne Genehmigung der Fachlehrerin oder des Fachlehrers berühren und Anlagen für elektrische Energie, Gas und Wasser nicht ohne Genehmigung durch die Fachlehrerin oder den Fachlehrer einschalten. In Experimentierräumen darf grundsätzlich nicht gegessen, getrunken, geschminkt und geschnupft werden. Seite 40 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Den Anweisungen der Fachlehrerin oder des Fachlehrers ist unbedingt Folge zu leisten. Dies gilt im besonderen Maße bei der Durchführung von Schülerexperimenten. Einige allgemein gültige Regeln beim Experimentieren sind: Die Versuchsvorschriften und Hinweise der Lehrkräfte müssen genau befolgt werden. Der Versuch darf erst durchgeführt werden, wenn die Lehrerin oder der Lehrer dazu aufgefordert hat. Die von der Lehrerin oder vom Lehrer ausgehändigte persönliche Schutzausrüstung (z. B. Schutzbrille, Schutzhandschuhe) muss beim Experimentieren benutzt werden. Geschmacks- und Geruchsproben dürfen Schülerinnen und Schüler nur vornehmen, wenn die Lehrerin oder der Lehrer dazu auffordern. Beim Umgang mit offenen Flammen (z. B. Brenner) sind z. B. lange Haare und Kleidungstücke so zu tragen, dass sie nicht in die Flamme geraten können. Pipettieren mit dem Mund ist verboten. Reinigung und Entsorgung Chemikalien dürfen grundsätzlich nicht in den Ausguss gegossen werden. Gefahrstoffe und deren Reste werden gesammelt und entsorgt. Auf mögliche Abweichungen von dieser Regel wird von der Lehrerin oder dem Lehrer ausdrücklich hingewiesen. Verschüttete und verspritzte Gefahrstoffe sind der Fachlehrerin oder dem Fachlehrer sofort zu melden. Verhalten im Gefahrfall Auf jeden Fall: Ruhe bewahren und den Anweisungen der Lehrerin oder des Lehrers folgen! Je nach Art des Gefahrstoffunfalls können folgende Maßnahmen notwendig werden: Not-Aus betätigen Alarmplan beachten Seite 41 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Fachlehrerin oder Fachlehrer unverzüglich informieren Fachraum verlassen, falls dies erforderlich ist Erste Hilfe leisten, falls dies erforderlich ist Ggf. Schulleitung und Ersthelfer informieren. Bei Entstehungsbränden können folgende Maßnahmen notwendig werden: Not-Aus betätigen Alarmplan beachten Fachraum verlassen, falls dies erforderlich ist Erste Hilfe leisten, falls dies erforderlich ist ggf. Brandbekämpfung mit geeigneten Löschmitteln (Löschsand, Löschdecke, Feuerlöscher) Standorte: Feuerlöscher: Fachraum/Vorbereitungsraum Löschdecke: Fachraum Löschsand: Fachraum Erste Hilfe: Aushänge im Fachraum beachten. Ersthelfer: Fachlehrerin und Fachlehrer Sanitätsdienst (Leitung Herr Böhmer) Erste Hilfe-Raum: H 103 Verbandkasten: Vorbereitungsraum Telefon: Vorbereitungsraum Seite 42 von 43 IKG H E IL IG EN H A US – S CH U L INT ER N ES C U RR IC U LU M – P HY S IK SI/II Sekretariat/Schulleitung – Telefon-Nr.: Durchwahl 9 Feuerwehr/Rettungsdienst: Telefon Nr.: 112 Giftzentrale: Giftnotruf (Univeristäts-Kinderklinik Bonn): Telefon-Nr. 0228/287-3211 Seite 43 von 43
